论文总字数：23182字

摘 要

随着社会对新能源开发重视的提高，规模化的风力发电正逐步趋向于小型化，对于低风速区域风能的收集与能量转化正成为研究热点。近年来，针对双凸极发电机的本体设计和控制策略的研究越来越多。轴向磁通双凸极电机作为变磁阻电机，融合了双凸极电机和轴向磁通电机的结构特征，以其结构简单、功率密度高的优点，成为小型发力发电机中具备较高推广和应用价值的有力竞争者。

论文首先简单地介绍了双凸极电机的发展历程和国内外对双凸极电机的研究成果，结合轴向磁通电机的特点。之后分析了轴向磁通双凸极永磁电机的工作原理和性能。然后以6/4极轴向磁通双凸极永磁电机模型为基础，运用有限元仿真工具，得到相关电磁特性。

论文通过分析不仅验证了所提供的参数的合理性，还通过仿真结果的数据和图表直观体现了电机工作原理和性能。

关键词：双凸极电机 电磁设计 有限元分析。

Finite element analysis of The axial flux of doubly salient motor

ABSTRACT

With the development of new energy, the scale of wind power is gradually tending to be miniaturized, and the energy conversion of wind energy collection and energy conversion is becoming a hot spot for the low wind speed region. In recent years, more and more scholars research on ontology design and control strategy of doubly salient pole generator. Axial flux of doubly salient pole motor as a variable reluctance motor, the fusion of the doubly salient pole motor and axial flux motor with the structure features, with the advantages of the utility model has the advantages of simple structure, high power density, become small force generator with high promotion and application value of the powerful competitors.

Firstly simply introduced research results of doubly salient motor development at home and abroad of doubly salient pole motor, combined with the characteristics of axial flux motor. After the analysis of the axial flux of doubly salient permanent magnet motor working principle and performance.Then to 6/4 pole axial flux doubly salient pole permanent magnet motor model as the basis, using finite element simulation tool, electromagnetic characteristics.

The rationality of the parameters is verified by the analysis, and the working principle and the performance of the motor are demonstrated by the results of the simulation.

KEYWORDS：Double salient pole motor ; Electromagnetic design; Finite element analysis

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 双凸极电机在风力发电中的应用 1

1.3 国内外研究现状 3

1.3.1 双凸极永磁电机 3

1.3.2 磁通切换双凸极电机 4

1.3.3 电励磁、混合励磁双凸极电机 5

1.3.4 磁通反向双凸极电机 6

1.4 主要工作内容 7

第2章 轴向磁通双凸极发电机结构与原理 8

2. 1 轴向磁通发电机的结构 8

2. 2 轴向磁通发电机的数学模型 9

2. 3 轴向磁通双凸极电机的工作特性 11

2. 4 6/4极轴向磁通双凸极永磁电机的结构 13

2.4.1 轴向磁通双凸极永磁电机的部件组成 13

2.4.2 定转子及绕组 14

2.4.3 永磁材料 15

2.4.4 磁极结构 16

2. 5 6/4极轴向磁通双凸极永磁电机原理 16

2. 6 轴向磁通双凸极电机分析方法 18

2. 7 本章小结 19

第3章 有限元分析的介绍 20

3.1 有限元分析的基本原理 20

3.1.1 条件变分 20

3.1.2 剖分差值 20

3.1.3 单元分析 21

3.1.4 总体合成 23

3.2 有限元分析的基本特点 23

3.3 有限元分析的步骤方法 23

第4章 轴向磁通双凸极发电机建模与有限元分析 25

4.1 实体模型 25

4.2 Ansoft Maxwell有限元分析 26

第5章 总结 31

参考文献 32

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

风能作为一种可再生能源,储量丰富，在全球各地都有分布，各国也开始在逐渐重视风能的应用。目前，全球各国对于风能的利用的主要形式还仅仅是风力发电，我国的风力资源非常丰富，但是对低风速区域风能的采集和转化不足。传统的风力发电机启动相当转矩大，启动风速大概在5m/s左右，因此传统风力发电系统一般布置在高风速的偏远地区。而要实现低风速区域风能的采集，应将风力发电系统布置在城市、岛区或山区等区域，这就需要解决低风速启动和运行问题。因此研究新型的电机结构及其在风力发电中的应用是可以解决低风速启动发电问题的有效手段。

传统的双馈异步风力发电系统的组成结构是风力机、齿轮箱、异步电机和整流/逆变器构成，为了调节励磁电流的频率，可以依据风机本身，这样就可以输出恒定频率，并且可以通过改变励磁电流的幅值和改变相位从而实现发电机有功功率、无功功率的分别调节^[1]。但是它一般需要配备高速的齿轮箱，这就自然地增加了运行过程中的震动、摩擦损耗和噪声等一系列影响。

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